JPH07108470B2 - レーザ加工用ロボット - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、レーザにより切断、溶接等の加工を自動的に
行なうレーザ加工用ロボットにあって、特に、ロボット
を被加工部材に対して接近させて配置可能であり、被加
工部材に対するロボットの作業範囲を拡大させることが
可能なレーザ加工用ロボットに関する。

（従来の技術） 一般に、自動車製造工場等にあって、例えば、車体等の
各部を接合する等の加工を行なう方法としては、スポッ
ト溶接、レーザ溶接等が行なわれており、このような溶
接作業は、近年の自動化技術の進歩に伴って、いわゆる
ロボットにより自動的に行なわれるようになっている。

特に最近では、スポット溶接にあってはスポットしろが
必要となりそのスポットしろの分、車体重量が増した
り、部分的に溶接するスポット溶接では、車体の剛性を
向上させることが困難である等の理由により、レーザ溶
接の要求が強く、従来には、例えば、第６、７図に示す
レーザ加工用ロボットによりそのようなレーザ加工を自
動的に行なうものがある。

第６図に示すレーザ加工用ロボット１は、レーザ加工す
る被加工部材に対してロボット本体を直線的に移動する
移動台２上に取付けられており、このロボット１は、第
７図に示すように、２のアーム３が関節部により夫々接
続され、アーム３の先端部には、レーザ光を照射するノ
ズル４が取付けられ、ロボット１は、このノズル４を、
作業台５に載置される被加工部材に対して任意の加工位
置に位置決め可能になっている。

又、このロボット１の側部には、第６図に示すように、
その移動台２により移動する方向に伸縮自在なレーザ光
の通路管６が取付けられ、ロボット１は、図示するよう
に、ロボット１の上部に位置し、加工用のレーザ光を形
成して発射するレーザ発射装置７から発射されたレーザ
光をその通路管６から入力するようになっている。

そして、入力したレーザ光は、第７図に示すように、各
アーム３に配設されたミラー８によりロボット１の各関
節部の中心を通るように誘導され、各アーム３に沿って
ノズル４に入射し、このノズル４が被加工部材の加工位
置に位置決めされることにより、その加工位置にレーザ
光を照射し、被加工部材にレーザ加工を行なうことがで
きるようになっている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような従来のロボットにあっては、
レーザをロボットに供給するための通路管をアームの関
節部の中心に合せた位置に配設する必要があり、これに
伴ってレーザ発射装置が、被加工部材に対して、ロボッ
トの配置位置とほぼ同距離に配置しなければならなくな
り、比較的大型の被加工部材に対してノズルを被加工部
材側に、より突出させるようにロボットを配置しようと
すると、そのレーザ発射装置もワークに近づけなければ
ならず、レーザ発射装置が邪魔になるという問題があっ
た。

又、レーザ発射装置がロボットと一体的に設置されるの
で、複数のロボットをワークに対して並列に配置するこ
とが困難であり、複数のロボットにより加工作業効率を
向上させることが困難であり、生産性を向上させること
が困難であった。

さらには、ロボットの各間接部には、レーザ光を通過さ
せるための通路を形成する必要があり、関節部の構造が
複雑になり、又、各間接部に対応して少なくとも１個以
上のミラーが必要となり、コスト高になるばかりかメン
テナンス等が煩雑であり、又、レーザ光の出力がこのよ
うな複数のミラーの反射により減衰する虞もあった。

本発明は、このような従来の問題点を解決するために成
されたものであり、ロボットを被加工部材に対して近づ
けて配置することによりアームを被加工部材側により突
出させ、アームの動作範囲を広げることが可能であると
共に、複数のロボットをワークに対して並列に配置で
き、生産性を向上可能なレーザ加工用ロボットを提供す
ることを目的とする。

（課題を解決するための手段） 前記目的を達成するために本発明は、床面に固定される
基台の上に鉛直軸回りに回動自在な回動台を設け、当該
回動台に内部にレーザ通路を有するアーム部を水平軸回
りに回動自在に取付け、当該アーム部は前記回動台に連
結されるアーム基部及び直線的に伸縮自在のアームから
なり、前記アーム部の回動中心軸に向けてこれに対して
直角の方向に上方からレーザ光を案内する案内筒を前記
アーム部のアーム基部に連設する一方、前記アームの先
端に前記レーザ光を被加工部材に照射するノズル部を設
け、前記回動中心軸と前記案内筒からのレーザ光とが交
差する位置にミラーを前記アーム部の回動方向と同一方
向に回動可能に取付け、前記アーム部の回動角度の２分
の１の回動角度で前記ミラーを回動させて前記案内筒か
らのレーザ光を前記ノズル部に反射させる回動手段を設
けてなるレーザ加工用ロボットである。

（作用） 上記のように構成された本発明は、以下のように作用す
る。

アームが任意の回動角度に回動すると、ミラーは、回動
手段によりその回動角度の２分の１の回動角度に回動す
る。そして、外部のレーザ発射装置により出力されたレ
ーザ光は、案内筒を通り、ミラーに到達し、ミラーは、
このレーザ光をアーム先端のノズル部に反射させること
ができ、ノズル部は、このレーザ光を被加工部材に照射
してレーザ加工を行なうことができる。

したがって、外部のレーザ発射装置は、案内筒にレーザ
光を入射させれば良く、ロボットに対して任意の位置に
配置することができ、例えば、ロボットの後方にレーザ
発射装置を配置することにより被加工部材に対してロボ
ットのみを接近させて配置することができ、比較的大型
の被加工部材に対してアームを被加工部材側により突出
させ、レーザ加工する範囲を広げることが可能になる。

（実施例） 以下に、本発明に係るレーザ加工用ロボットを図面に基
づいて詳細に説明する。

第１図は、本発明に係るレーザ加工用ロボットの外観図
であり、同図には、加工用のレーザ光を形成し、ロボッ
ト10にこのレーザ光を供給するレーザ発射装置11がロボ
ット10の後方に位置して配置されている様子が示されて
いる。そして、このロボット10は、以下のように構成さ
れている。

ロボット10本体を床面に固定する基台12に、回動台13を
回動する主軸部14が形成されており、この主軸部14に
は、内部に駆動用の主軸モータが配設され、この主軸モ
ータにより回動台13を駆動するようになっている。そし
て、この回動台13には、先端に加工用のレーザ光を照射
するノズル部15が設けられたアーム部16が取付けられて
おり、このアーム部16は、回動台13に軸支され回動可能
にこの回動台13に取付けられ、アーム部16を支持するア
ーム基部17及び直線的に伸縮自在のアーム18からなり、
このアーム基部17の回動中心軸は、回動台13の回動中心
軸に直交しており、回動台13の回動方向に直交した方向
にアーム16が回動可能になっている。さらに、回動台13
には、主軸部14と同様にアーム16を回動する駆動用のア
ーム回動モータ19が取付けられており、このアーム回動
モータ19によりアーム16を駆動するようになっている。
又、アーム基部17の内部には、アーム18を伸縮させるア
ームモータが配設されており、このアームモータにより
アーム18は、伸縮動作が可能になっている。

そして、このようなアーム部16の先端に取付けられてい
るノズル部15は、アーム18の伸縮方向に対して直交する
方向に回動するノズル基部20及びこのノズル基部20の回
動方向に直交する方向に回動してレーザ光を被加工部材
に照射するノズル21からなり、これらのノズル基部20及
びノズル21の夫々は、回動台13及びアーム基部17と同様
に図示しないノズル基部駆動モータ及びノズル駆動モー
タにより駆動されるようになっている。

尚、これら主軸モータ、アーム回動モータ、アームモー
タ、ノズル基部駆動モータ及びノズルモータは、図示し
ない制御装置に接続され、この制御装置は、これらのモ
ータの動作を制御し、ロボット10の動作を制御するよう
になっている。

つまり、ノズル21は、回動台13、アーム基部17、アーム
18、ノズル基部20及びノズル21の夫々の回動運動及び伸
縮運動により被溶接部材に対して任意の加工位置に位置
決め可能になっている。

さらに、アーム部16及びノズル部15の内部には、外部の
レーザ発射装置11から供給される加工用のレーザ光を、
ノズル21に到達させるレーザ通路が形成されている。

アーム基部17に形成されたレーザ光導入口22によりアー
ム基部17に導入したレーザ光は、後述するアーム基部17
に内設された回動ミラーによりアーム部16の内部を直進
し、ノズル基部20及びノズル21に配設されているミラー
23により反射してノズル21に到達し、ノズル21がこのレ
ーザ光を被加工部材に照射することによりレーザ加工が
行なわれるようになっている。

一方、ロボット10に加工用のレーザ光を供給するレーザ
発射装置11は、加工に必要な出力のレーザ光を形成する
と共に、形成したこのレーザ光を出力口24から出力し、
出力されたレーザ光は、この出力口24に接続された案内
筒25の内部を通り、レーザ光導入口22に到達するように
なっている。この案内筒25の屈曲部には、ミラー26が屈
曲方向にレーザ光を反射するように配設され、案内筒25
は、レーザ光を回動台13の回動中心軸上からレーザ光導
入口22に到達させるようになっている。尚、この案内筒
25の端部は、ジャバラ27を介してアーム基部17に接続さ
れ、高出力のレーザ光について外部に対する保護がなさ
れている。

次に、このようなロボット10のアーム部16の内部を、ロ
ボット10の縦断面図である第２図及びその横断面図であ
る第３図に基づいて説明する。

第２図に示すようにアーム基部17は、アーム回動モータ
19に一体的に取付けられた減速機30の出力軸31に接続さ
れ、回動中心軸を回動台13の回動中心軸に交差させて回
動台13に軸支されている。

そして、それぞれの回動中心軸の交差する位置に、レー
ザ光導入口22から入射するレーザ光を反射させてノズル
部15に到達させる回動ミラー32が、この回動ミラー32を
駆動するミラーモータ33に一体的に取付けられた減速機
34の出力軸35に接続されており、回動ミラー32は、この
ミラーモータ33によりアーム部16の回動方向と同一方向
に回動するようになっている。このミラーモータ33は、
他のモータと同様に図示しない制御装置に接続され、こ
の制御装置によりアーム部16の回動角度の２分の１の回
動角度に回動ミラー32を回動させるように駆動され、回
動ミラー32は、アーム部16の回動角度に応じて、レーザ
光導入口22から入射するレーザ光を常にノズル部15に反
射させることが可能になっている。

さらに、アーム基部17には、アーム部16を伸縮させるア
ーム伸縮機構36が取付けられており、このアーム伸縮機
構36は、アーム基部17に取付けられたスライドベアリン
グ40により直線的に案内されるレール41にアーム本体42
が取付けられて成り、さらに、このアーム本体42には、
第３図に示すように前記アームモータ43が取付けられ、
このアームモータ43の出力軸がベアリングにより支持さ
れたボールネジ44に接続されており、このボールネジ44
にねじ結合するナット45は、アーム基部17に取付けら
れ、アームモータ43が駆動することにより、ボールネジ
44が回転し、そのナット45によりボールネジ44の回転に
応じてアーム本体42が直線的に移動し、アーム部16が伸
縮移動するようになっている。

このように構成されたロボット10にあっては、以下のよ
うに加工用のレーザ光を被加工部材に照射することがで
きる。

図示しない制御装置により各モータが駆動され、レーザ
加工を行なう被加工部材の加工位置にノズル21を位置決
めする。このとき、回動ミラー32は、アーム部16の回動
角度の２分の１の角度に回動移動する。

そして、レーザ発射装置11により形成され、出力された
レーザ光は、案内筒25を通り回動ミラー32に到達し、こ
のレーザ光は、回動ミラー32により反射してノズル部15
に入射し、ノズル21から被加工部材の加工位置に照射さ
れ、レーザ加工が行なわれる。

したがって、このようなロボットにあっては、回動台13
の回動中心軸上から入射するレーザ光が、この中心軸と
アーム部16の回動中心軸との交差位置に配設され、アー
ム部16の回動角度の２分の１の角度に回動移動する回動
ミラー32によりノズル部15に入射され、ノズル部15が被
加工部材にレーザ光を照射してレーザ加工を行なうこと
ができるので、レーザ発射装置11は、案内筒25を介して
回動台13の回動中心軸上にレーザ光を出力すれば良く、
ロボット10の配置位置の無関係な任意の位置に配置可能
であり、例えば、第５図に示すようにレーザ発射装置11
をロボット10の後方に配置することにより、ロボット10
を被加工部材70に近づけることが可能になり、アーム部
16をより被加工部材70側に突出させることができ、被加
工部材70に対するロボット10の作業範囲を拡大すること
が可能になる。

又、そのような配置とすることにより、同図に示すよう
に、被加工部材70に対して複数のロボット10を並列に配
置可能であり、従来１台のロボットにより行なっていた
作業内容をこの各ロボット10により分担することが可能
であり、作業効率が向上し、生産性良好になる。

さらには、回動ミラー32は、回動台13の回動中心軸とア
ーム部16の回動中心軸との交差位置に配設されているの
で、ロボット10に取付けられるミラーの数が減少し、メ
ンテナンス等が容易になるばりでなく、ミラーによるレ
ーザ光の出力減衰が低減されることになる。

又、回動ミラー32は、第４図に示すような回動機構によ
り回動させるようにすることもできる。

同図には、アーム回動モータ19により回動するアーム基
部17に歯車列を介して回動ミラー32を接続することによ
り、そのアーム基部17の回動運動によって、回動ミラー
32をアーム部16の回動角度の２分の１の回動角度にする
回動機構が示されている。

アーム基部17は、一方が出力軸31に接続され、他方がこ
の出力軸31に対向して回動台13に取付けられた固定ヒン
ジピン50がベアリング51を介して挿通することにより回
動台13に軸支され、アーム基部モータ19により回動する
ようになっている。又、この固定ヒンジピン50の先端部
には、回動ミラー32を前記交差位置に回動自在に配設す
るブラケット52が取付けられており、このブラケット52
は、その固定ヒンジピン50の先端に取付られ、回動台13
に固定されている。さらに、このブラケット52には、回
動ミラー32に一体的に形成された回動軸53が、アーム基
部17の回動中心軸と同軸上にベアリング54を介して挿通
されていると共に、この回動軸53の出力軸31側には、ブ
ラケット52と回動ミラー32との間に前記歯車列を構成す
る第４歯車55が取付けられている。さらに、回動軸53の
出力軸31側の端部は、アーム基部17に固着された固定ヒ
ンジピン56にベアリング57を介して接続され、この固定
ヒンジピン56のブラケット52側の端部には、前記歯車列
を形成する第１歯車58が取付けらている。そして、ブラ
ケット52には、この第１歯車58の回転力を伝達する第２
歯車59を一端に取付け、他端には、この回転力を第４歯
車55に伝達する第３歯車60が取付けられた歯車軸61がベ
アリング62を介して挿通されており、第１歯車58の回転
力、すなわち、アーム基部17の回動運動が回動ミラー32
が取付けられた回動軸53に伝達され、この回動運動によ
り回動ミラー32を回動することが可能になっている。
又、第１歯車58及び第２歯車59は、同一歯数を有し、第
３歯車60と第４歯車55との歯数比は、1:2に設定されて
おり、これにより、アーム基部17の回動角度の２分の１
の回動角度でミラー32が回動するようになっている。

このように構成された回動機構は、以下のように回動ミ
ラー32を回動させる。

アーム回動モータ19が図示しない制御装置に駆動される
ことにより、減速機30で減速された回転力が減速機30の
出力軸31からアーム基部17に伝達され、アーム基部17
は、任意の回動角度に移動する。すると同時に、回動台
13に固定されたブラケット52に支持されている回動軸53
には、アーム基部17の回転力が第１歯車58、第２歯車5
9、第３歯車60及び第４歯車55を介して伝達され、回動
軸53は、アーム基部17の回動角度の２分の１の角度に回
動ミラー32を移動する。

したがって、前記と同様に、レーザ発射装置11により出
力されたレーザ光は、案内筒25を通り回動台13の回動中
心軸上から回動ミラー32に到達し、このレーザ光を回動
ミラー32が反射してノズル部15に入射させ、ノズル21が
被加工部材の加工位置にそのレーザ光を照射することに
よりレーザ加工が行なわれる。

尚、このような回動機構は、歯車列を利用したものに限
らず、例えば、ベルト及びプーリ等により構成しても良
く、アーム基部17の回動運動を駆動源として、このアー
ム基部17の回動角度に対して２分の１の回動角度で回動
するようにすれば良いのはもちろんである。

（発明の効果） 以上の説明により明らかように、本発明にあっては以下
のような効果を奏す。

アームの回動中心軸に向けてこれに対して直角方向から
入射するレーザ光は、アームの回動方向と同一方向か
つ、この回動角度の２分の１の回動角度で回動するミラ
ーによりノズル部に反射され、ノズル部が被加工部材に
このレーザ光を照射することによりレーザ加工を行なう
ことができるので、外部でそのレーザ光を形成して出力
するレーザ発射装置等は、案内筒を介してアームの回動
中心軸に向けてこれに対して直角方向に上方からレーザ
光を出力すれば良く、ロボットの配置位置と無関係な任
意の位置に配置可能であり、例えば、このレーザ発射装
置をロボットの後方に配置することにより、ロボットを
被加工部材に近づけることが可能になり、アームをより
被加工部材側に突出させることができ、被加工部材に対
するノズル部の作業範囲を拡大することが可能になる。

又、そのような配置とすることにより、被加工部材に対
して複数のロボットを並列に配置可能であり、これらの
複数のロボットにより作業を分担することによって、作
業効率が向上し、生産性良好になる。

さらに、ミラーは、アームの回動中心軸と、この回動中
心軸に向けてこれに対して直角方向に上方から入射する
レーザ光とが交差する位置に配設してあるので、ロボッ
トに取付けられるミラーの数が減少し、経済的であり、
メンテナンス等が容易になるばかりでなく、ミラーによ
るレーザ光の出力減衰が低減されることになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係るレーザ加工用ロボットの外観
図、第２図は、本発明に係るレーザ加工用ロボットの縦
断面図、第３図は、本発明に係るレーザ加工用ロボット
の横断面図、第４図は、本発明に係るレーザ加工用ロボ
ットのアーム部のその他の実施例の説明図、第５図は、
本発明に係るレーザ加工用ロボットの配置説明図、第
６、７図は、従来のレーザ加工用ロボットの説明図であ
る。 10…ロボット、11…レーザ発射装置、13…回動台、15…
ノズル部、16…アーム部（アーム）、17…アーム基部
（基部）、19…アーム回動モータ、25…案内筒、32…回
動ミラー（ミラー）、33…ミラーモータ（回動手段）、
34…減速機（回動手段）、35…出力軸（回動手段）、36
…アーム伸縮機構、50…固定ヒンジピン（回動手段）、
52…ブラケット（回動手段）、53…回動軸（回動手
段）、55…第４歯車（回動手段）、56…固定ヒンジピン
（回動手段）、58…第１歯車（回動手段）、59…第２歯
車（回動手段）、60…第３歯車（回動手段）、61…歯車
軸（回動手段）、70…被加工部材。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】床面に固定される基台の上に鉛直軸回りに
   回動自在な回動台を設け、当該回動台に内部にレーザ通
   路を有するアーム部を水平軸回りに回動自在に取付け、
   前記アーム部は前記回動台に連結されるアーム基部及び
   直線的に伸縮自在のアームからなり、前記アーム部の回
   動中心軸に向けてこれに対して直角の方向に上方からレ
   ーザ光を案内する案内筒を前記アーム部のアーム基部に
   連設する一方、前記アームの先端に前記レーザ光を被加
   工部材に照射するノズル部を設け、前記回動中心軸と前
   記案内筒からのレーザ光とが交差する位置にミラーを前
   記アーム部の回動方向と同一方向に回動可能に取付け、
   前記アーム部の回動角度の２分の１の回動角度で前記ミ
   ラーを回動させて前記案内筒からのレーザ光を前記ノズ
   ル部に反射させる回動手段を設けてなるレーザ加工用ロ
   ボット。